某柴油發動機輪系優化設計分析

姚強 鄭雪茹 杜安用 江琳琳 劉凱

摘要：本文根據某柴油發動機的整機結構，通過CAE仿真計算分析，優化了各附件（發電機、空調壓縮機、動轉泵）的位置，保證了每個附件正常的運轉。研究表明，包角、打滑率、漲緊器的結構是評價發動機輪系的重要指標。

關鍵詞：柴油發動機;附件;包角;打滑率;漲緊器

中圖分類號：U464.9

文獻標識碼：A

文章編號：1005-2550（2019）06-0065-05，

Optimization design of a diesel engine train

YAO Qiang， ZHENG Xue-ru， DU An-yong， JIANG Lin-lin， LIU Kai

（ Dong Feng Automobile co.，Ltd Commercial Product R& D Institute， Wuhan， 430057，China ）

Abstract： According to the whole machine structure of a diesel engine， the CAE simulation?calculation and analysis optimizes the position of each accessory （generator， air conditioner?compressor， and rotary pump ） to ensure the normal operation of each accessory.Studies have shown that the wrap angle， the slip ration， and the structure of the tensioner are important?indicators for evaluating the engine train.

Key Words： Diesel engine; accessories; wrap angle; slip rate; tensioner

姚強

畢業于武漢科技大學車輛工程專業，碩士研究生學歷，現就職于東風汽車股份有限公司商品研發院機型科，主要從事發動機開發機型布置兼項目管理工作。

為了滿足汽車正常行駛的需要，發動機附件充當這重要的作用，一臺柴油發動機附件主要包括發電機、空調壓縮機、動力轉向泵、水泵等C在整機和整車布置的過程中，不僅要滿足間隙要求，而且需要滿足各附件正常工作的條件。本文以某柴油機為例，介紹了如何通過仿真分析來優化各附件位置，從而來滿足各附件的功能需求。

1概述

某柴油發動機的附件輪系包括發電機（ALT）、空調壓縮機（AC）動力轉向泵（PS）、水泵（WP）、漲緊器（TP）、惰輪（ID）、風扇（FAN），如圖1所示。所有附件均由曲軸（CR）驅動。

皮帶跨度如下表1：

各附件判斷標準如表2所示：

設計標準為外企標準，暫不能給出依據。

2仿真計算分析

2.1計算輸入

2.1.1輪子位置與直徑

漲緊臂旋轉中心：X=-181.95mm，Y=67.33mm;

漲緊器皮帶輪中心：X=-107.15mm，Y=72.83mm;

漲緊器臂長為75mm

2.1.2皮帶

皮帶長度：2143±5mm;

皮帶剛度：140000N;

皮帶力：350N.m;

皮帶幾何：a=1.1mm，b=1.1mm（如圖2所示）

皮帶名義張力為：320N.m，工作范圍為10.74°。

2.1.3曲軸轉速波動曲線

曲軸轉速波動曲線是在臺架上實測得出的，如圖4所示。

2.1.4附件扭矩消耗曲線

附件扭矩消耗曲線如圖5所示。

2.2計算仿真分析

2.2.1包角與皮帶跨度計算分析

由表2.2包角計算結果所示：曲軸和發電機包角設計要求為160°，不能滿足設計需求。

由表2.3皮帶跨度計算結果所示，曲軸與發電機跨度過大，不能滿足設計要求。

2.2.2皮帶張力與滑移率仿真分析

由圖2.5和圖2.6可得，皮帶張力和皮帶打滑率均在設計范圍之內，滿足設計需求。

2.3結論

對于現在的布置，曲軸包角小于150°，CR-ALT的皮帶跨度大于340mm，這對系統來說是很大的風險。

3輪系優化

根據以上的仿真結果，對輪系的位置進行了調整，調整如圖7所示：

本輪系采用了單排球軸承張緊器，結構如圖8所示。其中皮帶輪這端采用了特殊的迷宮用來保護軸承，張緊器這邊用額外的密封圈來防止張緊器受到外部污染。

此張緊器優點如下：（1）阻尼單元和旋轉樞紐單元布置分開：可以減少張緊輪偏轉和皮帶噪音，提高壽命;（2）緊湊的摩擦單元設計：可以減少布置空間，應用和設計更加靈活。

3.1計算輸入

3.1.1輪子位置與直徑

漲緊臂旋轉中心：X=-181.95mm，Y=7.33mm;

漲緊器皮帶輪中心：X=-107.48mm，Y=76.26mm;

漲緊器臂長為75mm

2.1.2皮帶

皮帶長度：2180±5mm;

皮帶剛度：120000N;

皮帶力：320N.m;

皮帶幾何：a=1.1mm，b=1.1mm

3.2計算分析

3.2.1包角計算分析

由表3.2包角計算結果所示，各附件得包角均能滿足設計要求。

由表3.3皮帶跨度計算結果所示，各附件跨度均能滿足設計需求。

3.2.2皮帶張力與滑移率仿真分析

曲軸轉速波動曲線與附件扭矩消耗曲線參照圖9與圖10。

通過圖3.3和圖3.4可得，皮帶張力和皮帶滑移率均滿足設計要求。

輪系調整后，各附件的包角更加合理，驅動各附件皮帶輪時滑移率變得更小，各零件受到的皮帶力也發生相應變化。

3總結

在柴油發動機的開發中，通過計算仿真來優化各個附件的位置，來保證汽車正常運行，有著至關重要的作用。通過本文可得出，以下幾個因素是評價發動機輪系的重要指標：

（1）包角：各附件包角需要滿足設計要求，參見表1.1;

（2）皮帶跨度：各附件之間的皮帶跨度不能

過長，皮帶的抖動（跨度x5%）不能大于皮帶與發動機其余部件的間隙;

（3）皮帶張力：不能超過皮帶許用的張力;（4）滑移率：不能超過2%。

參考文獻：

[1]Van Nieuwstadt M J，Kolmanovsky I V，Moraal P E.EGR-?VGT control schemes：experimental comparison?for a high-speed diesel engine[J].IEEE ControlSystems Magazine，2000，（03）：63-79.doi：10.1 109/37.845039.

[2]Ock Taeck L，Sato Y，Nozaki S. Development ofDME engines for light-duty trucks using a large EGRsystem[A].New York，USA：IEEE Society ，2008.663-667.

[3]Cui Hongwei. Exhaust gas recirculation control in aspark-?ignition LPG engine using neuraln etworks [A].NewYork，USA：IEEESociety ，2006.6332-6335.

[4]王亮.發動機前端輪系失效模式的排查與處理[J].輕型汽車技術，2012，（10）：66-68，50.

[5]羅亞偉，張建操，劉彤，董先瑜，孟憲昌.某發動機前端輪系優化設計[J].汽車實用技術，2017，（15）.do1：10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.15.028.

[6]王亮.發動機前端輪系失效模式的排查與處理[J].輕型汽車技術，2012，（10）：66-68，50.

[7]趙洪雷，顏培剛，韓萬金，馮國泰.某型航空發動機渦輪多級氣動優化設計[J].航空發動機，2007，33（3）：7-10，14.doi：10.3969/j.issn.1672-3147.2007.03.002.

專家推薦

張建東：

文章介紹了應用仿真手段對某款發動機的輪系仿真校核的方法和過程。給設計提出了輪系設計時對皮帶包角皮帶跨度皮帶張力滑移率等參數的控制原則，有一定的參考意義。